JP2012519972A - 蛍光体層を有するｌｅｄを備える発光装置 - Google Patents

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Abstract

発光装置は、蛍光体層を有するＬＥＤを備え、複数のＬＥＤセット（３０２、３０４）及び複数のＬＥＤセット（３０２、３０４）内の対応するＬＥＤを覆う複数の蛍光体層のセット（３０６、３０８）を含む。複数のＬＥＤセット（３０２、３０４）の少なくとも２つが、異なる発光ピーク波長を有する。複数の蛍光体層のセット（３０６，３０８）の少なくとも１つの主蛍光波長が５００ｎｍから５８０ｎｍまでの範囲にあると共に、別の複数の蛍光体層のセット（３０６，３０８）の少なくとも１つの主蛍光波長が５９０ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲にある。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、中国出願第２００９１０１２６４９３．２号の優先権を主張するものであり、全目的において、その内容をそのまま本文に援用する。
本発明は、発光装置に関し、及び、より具体的には、蛍光体層を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える発光装置に関する。
近年、青色ＬＥＤが、白色光を放射可能な発光装置を作成するように蛍光物質にしばしば組み合わされている。このような発光装置は、ＬＣＤモニター、信号灯、イルミネーションスイッチ、又はインディケータのバックライト源（背面光源）としてしばしば使用される。さらに、発光装置における光源として使用されるＬＥＤは低い動作電流だけを必要とするので、これら発光装置で消費されるエネルギーを、従来の白熱灯又は蛍光灯と比較して著しく減少させることができる。その上、ＬＥＤを光源として使用する発光装置は、従来の白熱灯又は蛍光灯の寿命と比較してより長い寿命を有しうる。
図１は、青色ＬＥＤと混合蛍光物質との組み合わせを採用する従来の発光装置を示す概略図である。青色ＬＥＤ１０２は基板１０１上に配置され、入力端末１０５が発光装置に電気エネルギーを提供するために青色ＬＥＤ１０２に接続されている。青色ＬＥＤ１０２は、赤色光及び緑色光を放射するように、青色ＬＥＤ１０２によって励起可能な蛍光物質を備える混合蛍光物質コーティング１０３によって被覆されている。さらに、発光装置は、青色ＬＥＤ１０２及び混合蛍光物質１０３を湿気（水分）がその中に影響することから保護するように透明な半球エンクロージャ１０４で覆われている。しかしながら、このような設計の発光装置にとって、青色ＬＥＤ１０２による励起によって混合蛍光物質コーティング１０３で放射された緑色光は、赤色蛍光を放射可能な物質により再吸収され、このため、緑色光のルミネセンス（発光）効率（例えば、ワットごとのルーメンス、ルーメンス／Ｗ）が減少し、すなわち、発光装置全体のルミネセンス効率が影響を受ける。
緑色光が赤色蛍光を放射可能な物質で吸収されるという問題に対し、米国特許第７２５０７１５号では、１つの青色ＬＥＤが、黄緑色蛍光及び赤色蛍光をそれぞれ放射可能な分離した蛍光物質で覆われている。図２に示すとおり、青色ＬＥＤ２０２は、反射内面を有する反射カップ２００内に配置され、黄緑色蛍光及び赤色蛍光をそれぞれ放射可能な、隣接する蛍光物質層２０４及び２０６で覆われている。黄緑色光及び赤色光をそれぞれ放射するように蛍光物質層２０４及び２０６を励起させることにより、緑色光が吸収されるという上記問題を解決可能である。しかしながら、蛍光物質層２０４及び２０６が同じ青色ＬＥＤ２０２にコーティングされているので、蛍光物質層２０４及び２０６の相互影響によってルミネセンス効率を最適化することができない。換言すると、蛍光物質層２０４のルミネセンス効率を改善するために青色ＬＥＤが選択された場合、このような青色ＬＥＤは、蛍光物質層２０６の最適ルミネセンス効率を必ずしも生成するわけではなく、逆も又同様である。
本発明は、上記状況を完全に考慮して構成（設計）される。本発明の目的は、従来の蛍光物質コーティングを、異なる蛍光主波長（すなわち、異なる色）を有する蛍光物質コーティングの少なくとも２つのセットに分離することにあり、蛍光物質コーティングのセットは、少なくとも２つの青色ＬＥＤセットの対応するＬＥＤで励起されることにより、異なる主蛍光波長の蛍光発光を可能にする。緑色光が吸収されるという上記問題を解決することに加えて、本発明では、ＬＥＤ及び蛍光物質コーティングの最適なコンビネーションを需要及び目的に基づいて選択可能であり、発光装置の最大ルミネセンス効率を達成する。さらに、適切な回路設計、動作ＩＣ及び電源で、それぞれに対応する蛍光物質コーティングを励起するための同じ又は異なる電流を、少なくとも２つの青色ＬＥＤセットに供給することが可能である。そして、使用環境、需要、時間に応じて、１つの発光装置から異なる色温度の白色光を放射可能である。
本発明は、蛍光体層を有するＬＥＤを備える発光装置を提供する。当該発光装置は、３６０ｎｍから４９０ｎｍまでの間の範囲内のピーク発光波長を有する光を放射可能な複数のＬＥＤセット、及び、当該複数のＬＥＤセット上にそれぞれコーティングされた複数の蛍光体層のセットを備える。複数のＬＥＤセットの少なくとも２つは、互いに異なるピーク発光波長を有する。複数の蛍光体層のセットの少なくとも１つが５００ｎｍから５８０ｎｍまでの範囲の主波長を有すると共に、複数の蛍光体層のセットの少なくとも別の１つが５９０ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲の主波長を有する。当該技術分野の当業者に理解されるべきであるが、よく知られ且つ受け入れられているとおり、「主波長」が、スペクトルの知覚色、すなわち、可視光源から知覚される色感覚に最も近似した色感覚を生成する単一の光波長であり、「ピーク波長」が、光源のスペクトルパワー分布における最大パワーのスペクトル線である。本発明の発光装置は、複数のＬＥＤセットによる発光を、ＬＥＤによって励起された複数の蛍光体層のセットの蛍光発光に混合させることによって白色光を放射する。
本発明によって提案された技術的解法に挙げられた発光装置は、より高いルミネセンス効率を有する。
本発明は以下の説明及び図面を参照にして容易に理解されよう。同じ構成要素は同じ参照番号が与えられる。
青色ＬＥＤ及び混合蛍光物質の組み合わせを採用する従来の発光装置の概略図。 青色ＬＥＤ、黄緑蛍光体コーティング及び赤色蛍光体コーティングの組み合わせを採用する従来の発光装置の概略図。 本発明の実施形態に従った発光装置を示す斜視図。 本発明の実施形態に従った、緑色蛍光体層及び赤色蛍光体層をそれぞれ備える青色ＬＥＤの光学スペクトルを示す図。 本発明の実施形態に従った、緑色蛍光体層及び赤色蛍光体層をそれぞれ備える青色ＬＥＤの光学スペクトルを示す図。 本発明の実施形態に従った、別の発光装置を示す断面図。 本発明の実施形態に従った、拡散層及び透明層を有する別の発光装置を示す断面図。 ２つのＬＥＤセット及び前記複数の蛍光体層のセット上ユニットをそれぞれ有する、本発明の実施形態に従った、第１及び第２ＬＥＤセットを示す断面図。 図６Ａの構造の平面図。 本発明の実施形態に従った、ベースの表面に取り付けられたＬＥＤを有する発光装置を示す断面図。 本発明の実施形態に従った、図７Ａの発光装置に基づく派生的発光装置を示す断面図。 本発明の実施形態に従った、図７Ａの発光装置に基づく派生的発光装置を示す断面図。 本発明の実施形態に従った、図７Ａの発光装置に基づく派生的発光装置を示す断面図。 本発明の実施形態に従った、図７Ａの発光装置に基づく派生的発光装置を示す断面図。 本発明と、既製の従来発光装置（ＹＡＧ又はケイ酸塩の蛍光体層を採用）との間のスペクトル及び演色評価数の比較を示す図。 本発明と、既製の従来発光装置（ＹＡＧ又はケイ酸塩の蛍光体層を採用）との間のスペクトル及び演色評価数の比較を示す図。
本発明は、詳細な説明の部分として伴われる図面を参照して説明されよう。
複数の実施形態は、本発明の包括的な理解を提供するように説明される。しかしながら、当該技術分野の当業者にとって、本発明が一部又は全ての具体的な細部なしに、実施可能であることは明らかである。他例では、いかなる混乱をも避けるため、既に公知の形態をそれ以上説明しない。
説明の利便のため、以下の実施形態及び図面では、ｔｗｐＬＥＤセット及び２セットの蛍光体層は、発光装置におけるＬＥＤセット及び蛍光体層のセットの数を表すのに使用される。しかしながら、本発明の実施形態及び図面では、２ＬＥＤセット及び２セットの蛍光体層は、限定としてではなく、例示としてみなされるべきである。換言すると、発光装置におけるＬＥＤセットの数は、２以上とすることができ、且つ、ＬＥＤセット上の発光体層のセットの数も同様に２以上とすることができる。
図３Ａは、本発明の実施形態に従う発光装置を示す断面図である。符番３００は、反射内面（以下に反射カップと称する）を有する凹面構造を表す。第１ＬＥＤセット３０２及び第２ＬＥＤセット３０４が反射カップ３００内に配置されている。第１ＬＥＤセット３０２及び第２ＬＥＤセット３０４が、以下に限定されないが、第ＩＩＩ−Ｖ族元素からなる化合物；ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮから選択される。第１ＬＥＤセット３０２及び第２ＬＥＤセット３０４のピーク発光波長は、３６０ｎｍから４９０ｎｍの間の範囲内であり、第１及び第２ＬＥＤセット３０２及び３０４は異なるピーク発光波長を有する。
次に、入力端末（図示せず）が第１ＬＥＤセット３０２及び第２ＬＥＤセット３０４にそれぞれ接続されて、必要な電気エネルギーを第１ＬＥＤセット３０２及び第２ＬＥＤセット３０４に提供する。蛍光体層３０６の第１セット及び蛍光体層３０８の第２セットは、第１ＬＥＤセット３０２上及び第２ＬＥＤセット３０４上にそれぞれコーティングされている。蛍光体層３０６及び３０８の第１及び第２セットの重なり部分は好ましくは最小化される。より好ましくは、蛍光体層３０６及び３０８の第１及び第２セットは重合することなく互い隣接して接触している。蛍光体層３０６及び３０８の第１及び第２セットの各々を、単蛍光体層又は複蛍光体層とすることができ、その表面を、半球形状、凹面形状又は平面形状とすることができる。図３Ｂ及び３Ｃを参照して、蛍光体層３０６の第１セットは、第１ＬＥＤセット３０２により放射された光で励起可能であり、これによって、５００ｎｍから５８０ｎｍまでの範囲の主波長で蛍光発光する。他方、蛍光体層３０８の第２セットは、第２ＬＥＤセット３０４により放射された光で励起可能であり、これによって、５９０ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲の主波長で蛍光発光する。
次に、図３Ａを再度参照すると、透明層３１０が、第１ＬＥＤセット３０２、第２ＬＥＤセット３０４、蛍光体層３０６の第１セット及び蛍光体層３０８の第２セットを覆うように構成され、これらの要素を湿気（水分）の影響から保護する。透明層３１０は、透明高分子材料（エポキシ、シリコン、ポリミド、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）又はパリレンなど）の中の少なくとも１つ、及び、水晶又はガラスのような透明材料を含みうる。さらに、透明層３１０の構造を単相又は複層とすることが可能である。加えて、拡散層３１２が透明層３１０上に配置され、第１ＬＥＤセット３０２及び第２ＬＥＤセット３０４による放射光が、励起した蛍光体層３０６及び３０８の第１及び第２セットによる蛍光発光に、より均一に混合して白色光を得る。その上、透明層３１０の別機能は、屈折率の差異又は中間層粒分子（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｇｒａｉｎ ｍｏｌｕｃｕｌｅｓ）の影響によって、透明層３１０とその上の物質（このような拡散層３１２）との間の界面からの反射光を、蛍光体層３０６の第１セット及び蛍光体層３０８の第２セットによって吸収させずに、より高い可能性で反射カップ３００の反射内面に指向させることを可能にする。そして、これによって、ルミネセンス効率を改善する。さらに、反射カップ３００は、ＬＥＤに放射された光又はＬＥＤ上の構造的界面から反射した光を出口方向（矢印）に屈折させることが可能である。これによって、ルミネセンス効率を増加させる。
図４は、本発明の実施形態に従う別の発光装置を示す断面図である。図３に示した発光装置との相違点は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）３１１が透明層３１０と拡散層３１２との間に付加されていることである。ＡＲＣ３１１は、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）、熱蒸着、及び電子ビーム蒸着の中の少なくとも１つを使用して形成可能である。ＡＲＣ３１１は、限定されないが、ニトロセルロース、セルロースエステル、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチラート、テフロン（登録商標）、サイトップ（登録商標）、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ及びＭｇＦ２の少なくとも１つの透明層を含みうる。ＡＲＣ３１１は、反射カップ３００内に生成される光（第１ＬＥＤセット３０２及び第２ＬＥＤセット３０４による放射光、励起した蛍光体層３０６及び３０８の第１及び第２セットによる放射光、及び、放射カップ３００からの反射光）を通過させ、拡散層３１２内の中間層粒分子による散乱光を拡散層３１２とＡＲＣ３１１との間の界面上で出口方向（矢印）に屈折させることを可能にする。これによって、発光装置のルミネセンス効率を増加させる。
また、図５に示すとおり、コーティング機能を有する拡散層３１４を、図３Ａの透明層３１０と拡散層３１２とを組み合わせることで形成可能である。そして、反射カップ３００内の第１ＬＥＤセット３０２、第２ＬＥＤセット３０４、蛍光体層３０６の第１セット及び蛍光体層３０８の第２セットを保護し、他方、第１及び第２ＬＥＤセット３０２及び３０４による放射光を、励起した蛍光体層３０６及び３０８の第１及び第２セットの蛍光発光に、より均一に混合させて白色光を生成する。
動作的要求及び目的に従って、本発明の発光装置の複数のＬＥＤセットの各々に１以上のＬＥＤユニットを配置可能であることを理解すべきである。換言すると、複数のＬＥＤセットの各々は、１以上のＬＥＤユニットをそれぞれ備えることが可能である。図６Ａは、２つのＬＥＤユニットをそれぞれ有する、本発明の実施形態に従う第１ＬＥＤセット及び第２ＬＥＤセットを示す断面図である。図６Ｂは、図６Ａに示した構造の平面図である。図６Ａに示すとおり、第１ＬＥＤセット４０２及び第２ＬＥＤセット４０４が、反射内面（以下、反射カップと呼ぶ）４００を有する凹面構造内に配置されている。第１及び第２セット４０２及び４０４は、以下に限定されないが、ＩＩＩ−Ｖ族元素からなる化合物；ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮから選択されうる。図６Ｂに示すとおり、第１ＬＥＤセット４０２は２つのＬＥＤユニット４０２ａ及び４０２ｂを含み、第２ＬＥＤセット４０４は２つのＬＥＤユニット４０４ａ及び４０４ｂを含む。第１ＬＥＤセット４０２及び第２ＬＥＤセット４０４のピーク発光波長は、３６０ｎｍから４９０ｎｍまでの間の範囲内であり、これら２つのＬＥＤセット４０２及び４０４は異なるピーク発光波長を有しうる。当然ながら、図６Ａ及び６Ｂの発光装置において、２つのＬＥＤユニットだけがＬＥＤセットの各々に示されているが、発光装置はこの実施例に限定されない。つまり、ＬＥＤセットの各々は１以上のＬＥＤユニットを備えることができる。さらに、ＬＥＤセットの各々における複数のＬＥＤユニットの各々のサイズは同じか、或いは、互いに異なっていてもよい。
次に、必要な電気エネルギーを提供するために入力端末（図示せず）が第１ＬＥＤセット４０２及び第２ＬＥＤセット４０４にそれぞれ接続される。蛍光体層４０６の第１セット及び蛍光体層４０８の第２セットが、第１ＬＥＤセット４０２及び第２ＬＥＤセット４０４上にそれぞれコーティングされる。蛍光体層４０６及び４０８の第１セット及び第２セットの重なり部分は好ましくは最小化される。より好ましくは、蛍光体層４０６及び４０８の第１セット及び第２セットは、重なり合うことなく互いに隣接して接触する。蛍光体層４０６及び４０８の第１セット及び第２セットの各々を単蛍光体層又は複蛍光体層とすることができ、且つ、その表面を半球形状、凹面形状又は平面形状とすることができる。さらに、要求又は目的に基づいて、蛍光体層４０６の第１セット及び蛍光体層４０８の第２セットを、それぞれ異なる数のＬＥＤユニットを覆うように構成してもよい。例えば、要求又は目的に従って、蛍光体層４０６の第１セットで覆われた複数のＬＥＤユニットだけを含むように第１ＬＥＤセット４０２を構成し、他方、蛍光体層４０８の第２セットで覆われた、第１ＬＥＤセット４０２におけるＬＥＤユニット数と異なる数のＬＥＤユニットを含むように第２ＬＥＤセット４０４を構成することが可能である。図３Ｂ及び３Ｃを参照すると、蛍光体層４０６の第１セットを第１ＬＥＤセット４０２による放射光で励起可能であり、これにより、５００ｎｍから５８０ｎｍまでの範囲の主波長で蛍光発光する。他方、蛍光体層４０８の第２セットを第２ＬＥＤセット４０４による放射光で励起可能であり、これにより、５９０ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲の主波長で蛍光発光する。
次に、図６Ａを再度参照すると、透明層４１０は、第１ＬＥＤセット４０２、第２ＬＥＤセット４０４、蛍光体層４０６の第１セット及び蛍光体層４０８の第２セットを覆うように配置可能であり、これらの要素を湿気（水分）の影響から保護する。透明層４１０は、エポキシ、シリコン、ポリミド、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）又はパリレンのような透明高分子材料の中の少なくとも１つ、及び、水晶又はガラスのような透明材料を含みうる。その上、透明層４１０の構造を単相又は複層とすることが可能である。加えて、拡散層４１２が透明層４１０上に配置され、第１ＬＥＤセット４０２及び第２ＬＥＤセット４０４による放射光が、励起した蛍光体層４０６及び４０８の第１及び第２セットによる蛍光発光に、より均一に混合して白色光を得る。さらに、透明層４１０の別機能は、屈折率の差異又は中間層粒分子の影響によって、透明層４１０とその上の物質（このような拡散層４１２）との間の界面からの反射光を、より高い可能性で反射カップ４００の反射内面に指向させることを可能にするが、蛍光体層４０６の第１セット及び蛍光体層４０８の第２セットによって吸収させない。そして、これによって、ルミネセンス効率を改善する。さらに、反射カップ４００は、ＬＥＤに放射された光又はＬＥＤ上の構造的界面から反射した光を出口方向（矢印）に屈折させることが可能である。これによって、ルミネセンス効率を改善する。
さらに、動作的目的又は要求に応じて、発光装置内の複数のＬＥＤセットは、直列又は並列に接続可能である。適切な回路設計、作動ＩＣ及び電源と併せて、複数のＬＥＤセットは同じ又は異なる動作電流で同時又は個別に動作可能である。また、動作的目的又は要求に従って、ＬＥＤセットの各々の複数のＬＥＤユニットは、直列又は並列に接続可能であり、且つ、適切な回路設計、作動ＩＣ及び電源と併せて、同じ又は異なる動作電流で同時又は個別に動作可能である。
また、本発明を、表面付着型ＬＥＤを備える発光装置に適用することも可能である。図７Ａは、本発明の実施形態に従って、ベース表面に付着したＬＥＤを有する発光装置を示す斜視図である。第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４がベース５００上に付着されており、ベース５００は半導体、金属、セラミック又は金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）から形成されうる。第１及び第２ＬＥＤセット５０２及び５０４は、以下に限定されないが、第ＩＩＩ−Ｖ族元素からなる化合物；ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮから選択される。反射面（図示せず）が、第１及び第２ＬＥＤセット５０２及び５０４が取り付けられる位置でベース５００上に配置される。上述したとおり、反射面は、ＬＥＤによる放射光又はＬＥＤ上の構造的界面からの反射光を、出口方向（矢印）に屈折させることができる。これによって、ルミネセンス効率を増加させる。第１及び第２ＬＥＤセット５０２及び５０４による放射光のピーク発光波長は、互いに異なってもよいが、３６０ｎｍから４９０ｎｍまでの範囲内である。上述したとおり、第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４は、動作的要求及び目的のために、１以上のＬＥＤユニットをそれぞれ備えることができる。ＬＥＤセット５０２内のＬＥＤユニットの数は、必ずしも、ＬＥＤセット５０４内のものと同じでない。さらに、ＬＥＤセットの各々の複数のＬＥＤユニットのサイズは、互いに同じか、あるいは、異なってもよい。
次に、入力端末５０１が第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４にそれぞれ接続されて、発光のための必要な電気エネルギーをそこに提供する。透明層５０６が、第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４上を覆うように構成され、これら要素を湿気の影響から保護する。透明層５０６は、透明高分子材料（エポキシ、シリコン、ポリミド、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）又はパリレンなど）の中の少なくとも１つ、及び、水晶又はガラスのような透明材料を含みうる。さらに、透明層５０６の構造を単相又は複層とすることが可能であり、他方、透明層５０６を半球、凹面又はテーパー形状、又は、フレネルレンズ（Ｆｒｅｎｓｎｅｌ−ｌｅｎｓ）形状とすることが可能である。そして、第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４による発光の最良の抽出を達成するために、動作的目的又は要求に従って、適切な形状が選択される。
次に、第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４に対応する透明層５０６の位置で、蛍光体層５０８の第１セット及び蛍光体層５１０の第２セットが、第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４をそれぞれ覆うように構成されている。蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１及び第２セットの重合部分が好ましくは最小化される。より好ましくは、蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１及び第２セットが重合することなしに隣接して接触する。さらに、透明層５０６の別機能は、屈折率の差異又は中間層粒分子の影響によって、透明層５０６と（蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１及び第２セットのような）その上の物質との間の界面からの反射光を、第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４によって吸収させずに、より高い可能性でベース５００の反射面に指向させることを可能にする。そして、これによって、ルミネセンス効率を改善する。
上述したとおり、要求又は目的に従って、蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１及び第２セットは、異なる数のＬＥＤユニットを覆うように構成可能である。図３Ｂ及び３Ｃを参照して、蛍光体層５０８の第１セットは、第１ＬＥＤセット５０２による放射光で励起可能であり、これによって、５００ｎｍから５８０ｎｍまでの範囲の主波長で蛍光発光する。他方、蛍光体層５１０の第２セットは、第２ＬＥＤセット５０４による放射光で励起可能であり、これによって、５９０ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲の主波長で蛍光発光する。蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１及び第２セットを、単蛍光体層又は複蛍光体層とすることが可能であり、且つ、その表面を半球形状、凹面形状又は平面形状とすることが可能である。
さらに、透明包囲層（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｐａｃｋａｇｉｎｇ ｌａｙｅｒ）５１６が、第１ＬＥＤセット５０２、第２ＬＥＤセット５０４、透明層５０６、蛍光体層５０８の第１セット、蛍光体層５１０の第２セット、及び入力端末５１０を覆うように配置されており、これら要素を湿気の影響から保護する。その上、透明包囲層５１６を、動作的要求及び目的に応じて、半球形状、凹面形状、テーパー形状、又はフレネル−レンズ形状とすることができる。換言すると、透明包囲層５１６の形状は、第１ＬＥＤセット５０２、第２ＬＥＤセット４０４、蛍光体層５０８の第１セット及び蛍光体層５１０の第２セットによる放射光を最大化するように設計可能であり、発光装置のルミネセンス効率を改善可能である。透明包囲層５１６は、透明高分子材料（エポキシ、シリコン、ポリミド、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）又はパリレンなど）の中の少なくとも１つ、及び、水晶又はガラスのような透明材料を含みうる。さらに、透明包囲層５１６の構造を単相又は複層とすることが可能である。
図７Ｂから７Ｅは、本発明の実施形態に従う、図７Ａで示した発光装置に基づく派生した発光装置を示す断面図である。図７Ｂでは、拡散層５１４が、図７Ａにて説明した蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１及び第２セット上に第１にコーティングされる。そして、第１ＬＥＤセット５０２、第２ＬＥＤセット５０４、透明層５０６、蛍光体層５０８の第１セット、蛍光体層５１０の第２セット及び入力端末５０１が透明包囲層５１６で覆われて、これら要素が湿気の影響から保護される。拡散層５１４の機能は、第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４による放射光を、励起した蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１及び第２セットによる蛍光発光に、より均一に混合して白色光を生成する。
図７Ｃは、透明層５０６のコーティング後及び蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１セット及び第２セットのコーティング前に、反射防止コーティング（ＡＲＣ）５０５が、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）、熱蒸着、及び電子ビーム蒸着の中の少なくとも１つを使用して形成される。例えば、ＡＲＣ５０５は、限定されないが、ニトロセルロース、セルロースエステル、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチラート、テフロン（登録商標）、サイトップ（登録商標）、ＳｉＯ２、ＳｉＯｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ及びＭｇＦ２の少なくとも１つの透明層を含みうる。ＡＲＣ５０５は、その被覆部内の光（第１ＬＥＤセット５０２及び第２ＬＥＤセット５０４による放射光、並びに、ベース５００の反射面からの反射光）を通過させ、蛍光体層５０８の第１セット及び蛍光体層５１０の第２セット内の中間層粒分子による散乱光を、蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１セット及び第２セットとＡＲＣ５０５との間の界面上で出口方向（矢印）に再び屈折させることを可能にする。これによって、発光装置のルミネセンス効率を増加させる。
図７Ｄは、上述の蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１セット及び第２セットと拡散層５１４との間にコーティングされた透明層５１２を示す。透明層５１２は、蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１セット及び第２セット並びにその下の構造を湿気の影響からさらに保護するだけでなく、屈折率の違い又は中間層粒分子の影響によって、透明層５１２とその上の（拡散層５１４のような）物質との間の界面からの反射光が、蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１セット及び第２セットによって直接吸収されずに、より高い可能性でベース５００の反射面に指向されるのを可能とする。そして、これによって、ルミネセンス効率を改善する。透明層５１２は、透明高分子材料（エポキシ、シリコン、ポリミド、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）又はパリレンなど）の中の少なくとも１つ、及び、水晶又はガラスのような透明材料を含みうる。さらに、透明層５１２の構造を単相又は複層とすることが可能である。透明層５１２を半球形状、凹面形状又はテーパー形状、又は、フレネルレンズ形状とすることが可能であり、第１ＬＥＤセット５０２、第２ＬＥＤセット５０４、蛍光体層５０８の第１セット、及び、蛍光体層５１０の第２セットによる発光の最良の抽出を達成するために、動作的要求及び目的に従って、その適切な形状が選択される。
図７Ｅは、透明層５０６と上述の蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１セット及び第２セットとの間に形成された中空層５０７を示す。中空層５０７は空気を含みうる。信頼性を考慮して、中空層５０７はＮ２、Ａｒ又は他の不活性ガスをさらに含みうる。中空層５０７の厚みは約０．０１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲内にある。中空層５０７の屈折率が約１（空気、Ｎ２、Ａｒ又は他の不活性ガスの屈折率は約１）であり、且つ、蛍光体層の屈折率が約１．５であるので、当該技術分野の当業者は、光が中空層５０７から蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１セット及び第２セットに進入するとき、全反射が発生しないことを理解すべきである。すなわち、中空層５０７は、第１及び第２ＬＥＤセット５０２及び５０４からの発光を、中空層５０７と蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１セット及び第２セットとの間の界面に、完全に通過させるように構成されている。他方、蛍光体層５０８及び蛍光体層５１０の第１セット及び第２セットから戻る散乱光は、中空層５０７と蛍光体層との間の屈折率の差異によって、完全に反射される傾向があり、光が蛍光体層５０８の第１セット、蛍光体層５１０の第２セット及び透明層５０６によって直接吸収される可能性を減少させる。そして、これによって、発光装置の全体ルミネセンス効率を増加させる。
当該技術分野の当業者は、図７Ｂから７Ｅで説明した中空層５０７、透明層５１２及び拡散層５１４を動作的要求及び目的に応じて構成可能又は除外可能であることを理解しよう。換言すると、本明細書の実施形態は、これらの構造が本発明の発光装置内に同時に存在するという暗示として理解されるべきではない。
図８Ａ及び８Ｂは、それぞれ、本発明と、青色ＬＥＤ及び混合蛍光物質（ＹＡＧ又はケイ酸塩の蛍光体層）の組み合わせを用いる従来の発光装置との間の、スペクトル及び演色評価数（ＣＲＩ）の比較を示している。本発明の構成で、青色光（３６０−４９０ｎｍ）、緑色蛍光（５００−５８０ｎｍ）及び赤色蛍光（５９０−６５０ｎｍ）の最適な発光が、従来の発光装置と比較して、より最適化されたスペクトル及びＣＲＩを得ることによって達成されうる。
その上、表１を参照にすると、異なるピーク発光波長、緑色蛍光物質（ピーク発光波長＝５２１ｎｍ、主要波長＝５３４ｎｍ）及び赤色蛍光物質（ピーク発光波長＝６３５ｎｍ、主要波長＝６１１ｎｍ）を有する２つの１ｍｍ２ＧａＮ−ＬＥＤセットが両側に採用された場合、本発明の輝度は従来技術よりも２６．７％高い。上記実験では、本発明の構成は、上述のとおりであり、すなわち、緑色蛍光物質の蛍光体層が２つの１ｍｍ２ＧａＮ−ＬＥＤセットのうちの一方にコーティングされ、赤色蛍光物質の蛍光体層が２つの１ｍｍ２ＧａＮ−ＬＥＤセットのうちの他方にコーティングされる（図７Ａ参照）。他方、先行技術では、蛍光層が緑色蛍光物質を赤色蛍光物質に混合させることによって形成され、次に、２つの１ｍｍ２ＧａＮ−ＬＥＤセットにコーティングされる（図１参照）。
Figure 2012519972
上述の実施形態及び図面における第１ＬＥＤセット及び第２ＬＥＤセットと蛍光体層の第１及び第２セットとの間の対応関係は必要でないことを留意すべきである。換言すると、蛍光体層の第１セットは第１ＬＥＤセットと必ずしも対応していなく、同様に、蛍光体層の第２セットは第２ＬＥＤセットと必ずしも対応していない。したがって、明細書で説明された又は図面で参照されたＬＥＤセット（第１ＬＥＤセット及び第２ＬＥＤセット）及び蛍光体層のセット（蛍光体層の第１セット及び蛍光体層の第２セット）の数字は、説明の目的のために使用されるだけであり、限定解釈されるべきではない。
複数の実施例及び実施形態が説明されたが、当該技術分野の当業者は、任意の改変、置換、付加、及びこれらの組み合わせを認識するであろう。すなわち、添付した特許請求の範囲は、発明の技術的範囲として、このような全ての改変、置換、付加、及び、組み合わせを含むものと解釈されることを意図している。

Claims (62)

  1. 複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）セットであって、当該複数のＬＥＤセットの少なくとも２つが互いに相違するピーク発光波長を有する、複数のＬＥＤセットと、
    前記複数のＬＥＤセットのなかの対応するＬＥＤセット上にそれぞれコーティングされた複数の蛍光体層のセットであって、当該複数の蛍光体層のセットのうちの少なくとも１つが、その前記対応するＬＥＤセットによる放射光の一部により励起されて５００ｎｍから５８０ｎｍまでの範囲の主波長を有する光を放射するように構成されている共に、当該複数の蛍光体層のセットのうちの少なくとも別の１つが、その前記対応するＬＥＤセットによる放射光の一部により励起されて５９０ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲の主波長を有する光を放射するように構成されている、複数の蛍光体層のセットと、
    前記複数のＬＥＤセットを発光可能にするようにそれにエネルギーを提供するための、前記複数のＬＥＤセットに接続された入力端子と、を備えることを特徴とする発光装置。
  2. 前記複数のＬＥＤセットのピーク発光波長は、３６０ｎｍから４９０ｎｍまでの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  3. 前記複数のＬＥＤセットの各々は、少なくとも１つのＬＥＤユニットを含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  4. 前記複数のＬＥＤセットが並列接続されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  5. 前記複数のＬＥＤセットが直列接続されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  6. 前記複数のＬＥＤセット内の前記ＬＥＤユニットが並列接続されていることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  7. 前記複数のＬＥＤセット内の前記ＬＥＤユニットが直列接続されていることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  8. 前記複数のＬＥＤセットの少なくとも２つは、同じ数量のＬＥＤユニットを含むことを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  9. 前記複数のＬＥＤセットの少なくとも２つは、異なる数量のＬＥＤユニットを含むことを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  10. 前記複数のＬＥＤセット内のＬＥＤユニットのサイズが等しいことを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  11. 前記複数のＬＥＤセット内のＬＥＤユニットのサイズが異なることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  12. 前記複数のＬＥＤセットは、別々に制御されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  13. 前記複数のＬＥＤセット内の前記ＬＥＤユニットは、別々に制御されるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  14. 前記複数の蛍光体層のセットのいずれか１つが、少なくとも１つの蛍光体層を含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  15. 前記複数の蛍光体層のセットの表面が、半球状、凹面形状又は平面形状であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  16. 前記複数の蛍光体層のセットによって覆われた前記ＬＥＤユニットの数量が等しい又は異なることを特徴とする請求項３記載の発光装置。
  17. 前記複数の蛍光体層のセットが、互いに重合することなく隣接して接触していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  18. 反射内面を有する凹面構造をさらに備えており、前記複数のＬＥＤセットが前記凹面構造の前記反射内面に配置され、前記凹面構造の前記反射内面が前記複数のＬＥＤセット及び前記複数の蛍光体層のセットによる放射光を反射可能であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  19. 前記複数の蛍光体層のセット上にコーティングされた透明層をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  20. 前記透明層は、エポキシ、シリコン、ポリミド、ガラス、水晶、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）又はパリレンの中の少なくとも１つの透明材料を含むことを特徴とする請求項１９記載の発光装置。
  21. 前記透明層は、単層構造又は複層構造を備えることを特徴とする請求項１９記載の発光装置。
  22. 前記透明層上に配置された反射防止コーティングをさらに備えることを特徴とする請求項１９記載の発光装置。
  23. 前記反射防止コーティングは、ニトロセルロース、セルロースエステル、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、テフロン（登録商標）、サイトップ（登録商標）、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ又はＭｇＦ２の中の少なくとも１つの透明材料を含むことを特徴とする請求項２２記載の発光装置。
  24. 前記反射防止コーティングは、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）、熱蒸着及び電子ビーム蒸着の少なくとも１つによって形成されることを特徴とする請求項２２記載の発光装置。
  25. 前記複数の蛍光体層のセット及び前記複数のＬＥＤセットによる放射光をより均一に混合させることを可能にするための、前記複数の蛍光体層のセット上に配置された拡散層をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  26. ベースと、
    複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）セットであって、当該複数のＬＥＤセットの少なくとも２つが互いに相違するピーク発光波長を有する、複数のＬＥＤセットと、
    前記複数のＬＥＤセット上に配置された第１透明層と、
    前記第１透明層上にコーティングされていると共に、前記複数のＬＥＤセットのなかの各ＬＥＤセットにそれぞれ対応する複数の蛍光体層のセットであって、当該複数の蛍光体層のセットの少なくとも１つが、その前記対応するＬＥＤセットによる放射光の一部により励起されて５００ｎｍから５８０ｎｍまでの範囲の主波長を有する光を放射するように構成されている共に、当該複数の蛍光体層のセットのうちの少なくとも別の１つが、その前記対応するＬＥＤセットによる放射光の一部により励起されて５９０ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲の主波長を有する光を放射するように構成されている、複数の蛍光体層のセットと、
    前記複数のＬＥＤセットを発光可能にするようにそれにエネルギーを提供するための、前記複数のＬＥＤセットに接続された入力端子と、を備えることを特徴とする発光装置。
  27. 前記ベースが反射面を有し、前記複数のＬＥＤセットが前記ベースの前記反射面上に配置されており、前記反射面が前記複数のＬＥＤセット及び前記複数の蛍光体層のセットによる放射光を反射することを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  28. 前記複数のＬＥＤセットのピーク発光波長は、３６０ｎｍから４９０ｎｍまでの範囲内にあることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  29. 前記複数のＬＥＤセットの各々は、少なくとも１つのＬＥＤユニットを含むことを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  30. 前記複数のＬＥＤセットが並列接続されていることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  31. 前記複数のＬＥＤセットが直列接続されていることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  32. 前記複数のＬＥＤセット内の前記ＬＥＤユニットが並列接続されていることを特徴とする請求項２９記載の発光装置。
  33. 前記複数のＬＥＤセット内の前記ＬＥＤユニットが直列接続されていることを特徴とする請求項２９記載の発光装置。
  34. 前記複数のＬＥＤセットの少なくとも２つは、同じ数量のＬＥＤユニットを含むことを特徴とする請求項２９記載の発光装置。
  35. 前記複数のＬＥＤセットの少なくとも２つは、異なる数量のＬＥＤユニットを含むことを特徴とする請求項２９記載の発光装置。
  36. 前記複数のＬＥＤセット内のＬＥＤユニットのサイズが等しいことを特徴とする請求項２９記載の発光装置。
  37. 前記複数のＬＥＤセット内のＬＥＤユニットのサイズが異なることを特徴とする請求項２９記載の発光装置。
  38. 前記複数のＬＥＤセットは、別々に制御されるように構成されていることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  39. 前記複数のＬＥＤセット内の前記ＬＥＤユニットは、別々に制御されるように構成されていることを特徴とする請求項２９記載の発光装置。
  40. 前記複数の蛍光体層のセットのいずれか１つが、少なくとも１つの蛍光体層を含むことを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  41. 前記複数の蛍光体層のセットの表面が、半球形状、凹面形状又は平面形状であることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  42. 前記複数の蛍光体層のセットによって覆われた前記ＬＥＤユニットの数量が等しい又は異なることを特徴とする請求項２９記載の発光装置。
  43. 前記複数の蛍光体層のセットが、互いに重合することなく隣接して接触していることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  44. 前記第１透明層は、エポキシ、シリコン、ポリミド、ガラス、水晶、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）又はパリレンの中の少なくとも１つの透明材料を含むことを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  45. 前記第１透明層は、単層構造又は複層構造を備えることを特徴とする請求項４４記載の発光装置。
  46. 前記第１透明層は、半球形状、凹面形状、テーパー形状、又は、フレネルレンズ形状であることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  47. 前記第１透明層と前記複数の蛍光体層のセットとの間に配置された反射防止コーティングをさらに備えることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  48. 前記反射防止コーティングは、ニトロセルロース、セルロースエステル、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、テフロン（登録商標）、サイトップ（登録商標）、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ、ＴｉＯ２、ＭｇＯ又はＭｇＦ２の中の少なくとも１つの透明材料を含むことを特徴とする請求項４７記載の発光装置。
  49. 前記反射防止コーティングは、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）、熱蒸着及び電子ビーム蒸着の少なくとも１つによって形成されることを特徴とする請求項４７記載の発光装置。
  50. 前記第１透明層と前記複数の蛍光体層のセットとの間に配置された中空層をさらに備え、前記中空層の厚みは０．０１ｍｍから１０ｍｍの間であることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  51. 前記中空層は空気を含むことを特徴とする請求項５０記載の発光装置。
  52. 前記中空層はＮ２、Ａｒ又は他の不活性ガスを含むことを特徴とする請求項５０記載の発光装置。
  53. 前記複数のＬＥＤセット及び前記複数の蛍光体層のセットによる放射光をより均一に混合させることを可能にするための、前記複数の蛍光体層のセット上に配置された拡散層をさらに備えることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  54. 前記拡散層と前記複数の蛍光体層のセットとの間に配置された第２透明層をさらに備え、前記第２透明層は、前記複数の蛍光体層のセット及びその中の構造を湿気の影響からさらに保護するように構成されていることを特徴とする請求項５３記載の発光装置。
  55. 前記第２透明層は、エポキシ、シリコン、ポリミド、ガラス、水晶、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）又はパリレンの中の少なくとも１つの透明材料を含むことを特徴とする請求項５４記載の発光装置。
  56. 前記第２透明層は、単層構造又は複層構造を備えることを特徴とする請求項５４記載の発光装置。
  57. 前記第１透明層は、半球形状、凹面形状、テーパー形状、又は、フレネルレンズ形状であることを特徴とすることを特徴とする請求項５４記載の発光装置。
  58. 前記複数の蛍光体層のセット上に配置された透明包囲層をさらに備えることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
  59. 前記透明包囲層は、エポキシ、シリコン、ポリミド、ガラス、水晶、アクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）又はパリレンの中の少なくとも１つの透明材料を含むことを特徴とする請求項５８記載の発光装置。
  60. 前記透明包囲層は、半球形状、凹面形状、テーパー形状、又は、フレネルレンズ形状であることを特徴とする請求項５８記載の発光装置。
  61. 前記透明包囲層は、単層構造又は複層構造を備えることを特徴とする請求項５８記載の発光装置。
  62. 前記ベースは、金属マトリックス複合材料から形成されることを特徴とする請求項２６記載の発光装置。
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